Nghiên cứu Enzym Glucose Oxidaza (GOD): Ứng dụng công nghệ sinh tổng hợp và đảm bảo chất lượng sản phẩm từ quả, chống biến màu, mất mùi trong công nghiệp chế biến

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SINH TỔNG HỢP ENZYM

GLUCOSE OXIDAZA (GOD) VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG

NGHIỆP CHẾ BIẾN MỘT SỐ SẢN PHẨM TỪ QUẢ NHẰM

ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CHỐNG BIẾN MÀU,

HẠN CHẾ MẤT MÙI SẢN PHẨM

Chủ nhiệm đề tài: THS. TRẦN THỊ CHÂU

7860

08/4/2010

HÀ NỘI – 2010

MỞ ĐẦU

Glucooxydaza (GOD) – một trong những enzym oxy hóa khử, được sử dụng khá

rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và chuẩn đoán trong y học. Chúng xúc tác một

cách đặc hiệu cho phản ứng giữa glucoza với oxy. Glucoza bị oxi hóa thành axit

gluconic và oxy được tiêu thụ. Vì thế, GOD có thể được ứng dụng để lọai bỏ oxy và để

định tính và định lượng glucoza.

Enzym GOD còn được gọi là β-D-glucose:oxygen 1-oxidoreductase hay EC

1.1.3.4. Trong tự nhiên enzym GOD được tìm thấy trong các mô động vật, thận, gan

trong canh trường của nấm mốc, nhất là các loài A. niger, P. amagasakiense, P.

chrysogenum, P. vitale, P. notatum và một số loài Penicillium khác [1]; [12]; [30].

Enzym GOD được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: Công nghiệp thực phẩm,

trong y học và trong phân tích. Trong công nghiệp thực phẩm GOD được sử dụng như

một chất bảo quản không độc, có nguồn gốc tự nhiên và an toàn (để loại bỏ glucoza và

oxy khỏi thực phẩm và đồ uống) như: Bảo quản dịch ép các loại quả nhiệt đới, bảo

quản rượu vang. Đồng thời, enzym GOD còn được dùng để loại bỏ glucoza khỏi lòng

trắng trứng trước khi sấy khô làm nguyên liệu để sản xuất bánh ngọt [64];

[65];[66];[70]. Trong y học GOD được sử dụng để xác định hàm lượng glucoza trong

dịch của cơ thể (xác định hàm lượng glucoza trong máu hoặc nước tiểu của các bệnh

nhân tiểu đường). Ngoài ra enzym GOD còn được dùng để đánh dấu các kháng thể và

để phát hiện các kháng thể đánh dấu của khối u và các kháng thể của virut. Trong phân

tích, enzym GOD được sử dụng rộng rãi để sản xuất các KIT thử sinh học nhằm xác

định hàm lượng glucoza có trong mẫu [9]; [88];[90].

GOD có thể được tổng hợp bằng phương pháp lên men chìm từ nguồn cacbon

là glucoza, saccaroza, tinh bột và một số chất dinh dưỡng với sự có mặt của oxy bởi

các chủng nấm mốc hoặc nấm men [1]; [11];[13].

Ở Việt nam, cho đến nay chưa có công trình nghiên cứu về GOD nào được

công bố. Do vậy, việc nghiên cứu sinh tổng hợp enzym GOD ứng dụng trong bảo quản

các sản phẩm thực phẩm sẽ rất có ý nghĩa, nó mở ra một triển vọng mới trong việc

thay thế các chất bảo quản có nguồn gốc hóa học, góp phần nâng cao chất lượng thực

phẩm, đảm bảo vệ sinh an toàn cho người tiêu dùng.

Mục đích của nghiên cứu.

Quá trình sinh tổng hợp GOD bằng chủng A. niger sẽ được nghiên cứu ở ba mức độ

khác nhau: Nuôi lắc trong bình tam giác, trong bình lên men 5 lít và qui mô pilot.

Nghiên cứu tập trung vào những nhiệm vụ sau:

1. Lựa chọn chủng giống

- Lựa chọn chủng giống A. niger.

- Nghiên cứu đặc điểm hình thái.

- Kiểm tra độ an toàn của chủng giống (dựa trên kết quả kiểm tra độc tố

aflatoxin B1,B2,G1,G2).

- Định tên chủng giống chọn lựa

2. Nghiên cứu điều kiện sinh tổng hợp enzym GOD

- Xác định ảnh hưởng của các ion kim loại đến quá trình sinh tổng hợp

enzym (Sắt, đồng, kẽm, mangan, coban v.v).

- Xác định thành phần môi trường sinh tổng hợp enzym (các bon, nitơ,

khoáng, chất có hoạt tính bề mặt tween 80, EDTA v.v.)

- Xác định điều kiện nuôi cấy để sinh tổng hợp enzym GOD (pH, nhiệt độ,

tốc độ đảo trộn môi trường v.v).

- Nghiên cứu động học của quá trình sinh tổng hợp GOD.

- Sản xuất thử nghiệm enzim GOD quy mô xưởng thực nghiệm

3. Thu nhận, tinh sạch enzym và xác định đặc tính của chế phẩm

- Lựa chọn phương pháp phá vỡ tế bào

- Thu nhận và tinh sạch enzym.

- Nghiên cứu đặc tính của enzym GOD sinh tổng hợp được

4. Nghiên cứu đặc tính sinh hóa và độ an toàn của chế phẩm enzym

5. Nghiên cứu xác định các điều kiện thích hợp trong quá trình sử dụng enzym

GOD trong chế biến quả quy mô phòng thí nghiệm và xưởng thực nghiệm

(nước quả và rượu vang)

6. Nghiên cứu áp dụng thử nghiệm GOD trong công nghiệp chế biến nước quả và

rượu vang

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN

I. GIỚI THIỆU VỀ ENZYM GOD

I.1 Lịch sử phát hiện enzym GOD

Enzym GOD (GOD) là một enzym chống oxi hóa được sinh tổng hợp từ những

năm 1950. Năm 1904, Maximow đã phát hiện ra một hệ thống enzym tiêu thụ oxy

trong dịch chiết nấm mốc. Năm 1926, D.Mueller đã xác định lại hệ thống này và ông

ta đặt tên cho enzym này là glonga oxidaza. GOD được chiết tách lần đầu tiên từ hệ

sợi nấm mốc Aspergillus niger và Penicillium glaucum do nhà khoa học Muller (năm

1928). Kể từ sau lần đầu được phát hiện và tách chiết nhiều nhà khoa học đã tập trung

nghiên cứu enzym GOD. Năm 1946, Keilin và Haitree chứng minh rằng GOD là một

flavinprotein với một nhóm ngoại (prosthetic) FAD và có đặc tính kháng khuẩn

“antibiotic" (do tạo thành hydro peroxit H2O2) [9].

Tiếp theo là báo cáo của Keston năm 1956 về cặp phản ứng giữa GOD,

peroxidaza và một chất tạo mầu. Trên nguyên tắc này “que nhúng” định lượng glucoza

đã xuất hiện để xác định hàm lượng glucoza trong nước tiểu. Cũng trong năm 1956,

dựa trên bài báo của Teller, Worthington lần đầu tiên đã đưa ra hệ thống enzym định

lượng để xác định hàm lượng glucoza bằng phương pháp so mầu.

Các chủng nấm mốc Aspergillus niger, Penicillium glaucum và nấm men

Saccharomyces cerevisiae là nguồn vi sinh vật có khả năng sản xuất ra GOD tốt nhất.

Enzym GOD thu được dưới dạng enzym nội bào (Aspergillus niger, Saccharomyces

cerevisiae) hay ngoại bào (Penicillium glaucum) được làm sạch với các mức độ khác

nhau, tùy theo mục đích sử dụng. Enzym GOD tinh sạch đã loại bỏ các polysaccharit

tạp này đã được giới thiệu cho mục đích bảo quản thực phẩm, y học chuẩn đoán và

phân tích.

I. 2. Cấu tạo của enzym GOD

Cũng giống như mọi enzym khác GOD có bản chất là protein.. GOD là một

protein có cấu trúc đối xứng, gồm hai monomer giống nhau có trọng lượng phân tử

vào khoảng 80,000 daltons, liên kết đồng hóa trị với nhau nhờ các cầu nối disulfit.

Trọng lượng phân tử của enzym GOD khoảng 160.000 dalton. Kích thước phân tử của

GOD thu nhận từ các nguồn khác nhau là khác nhau (khối lượng phân tử GOD thu

được từ Aspergillus niger là 186.000 Da. từ Penicillium notatum là 152.000 Da) [39].

Để có thể làm việc như một chất xúc tác, mỗi một monomer của GOD cần một

nhân tố phụ trợ là FAD (flavin adenine dinucleotide). Trong phản ứng oxy hóa khử do

enzym GOD xúc tác, FAD đóng vai trò như chất nhận điện tử ban đầu và khử thành

FADH2 sau đó FADH2 được oxy hóa bởi chất nhận điện tử cuối cùng là một phân tử

oxy (O2) vì oxy có thế oxy hóa khử cao hơn. Sau đó oxy được khử thành hydro peroxit

(H2O2). FAD được gắn với protein bởi liên kết không đồng hóa trị và có thể bị giải

phóng khỏi cấu trúc protein khi bị biến tính.

Enzym GOD được gắn với 16% (w/w) hydratcacbon. 80% (w/w) hydratcacbon

là mannoza. Đường mannoza có thành phần nitơ và oxy liên kết với các axit amin:

Arginin, threonin và serin. Mạch hydratcacbon trong phân tử GOD không tham gia vai

trò xúc tác của phản ứng enzym và cấu tạo của nó cho tới nay vẫn chưa được xác định

rõ ràng [23].

Enzym GOD được sinh tổng hợp từ A. niger có cấu tạo bởi 583 axit amin.

Enzym GOD có tính đặc hiệu rất cao. Một thay đổi nhỏ trong cấu trúc đã có tác động

lớn tới hoạt lực oxy hoá của enzym. Gốc glucoza trong phân tử của enzym ở dạng β-

D- glucoza có hoạt tính oxy hoá mạnh hơn α- D- glucoza 157 lần [39].

Hình 1.1. Cấu trúc không

gian ba chiều của GOD

Hình 1.2. Cấu trúc tiểu đơn

vị của GOD (mầu đỏ là

FAD)

Báo cáo: Nghiên cứu công nghệ sinh tổng hợp Enzym glucose oxidaza (god) và ứng dụng trong công nghiệp chế biến một số sản phẩm từ quả nhằm đảm bảo ổn định chất lượng chống biến màu, hạn chế mất mùi sản phẩm

Chủ đề:

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi